Физические основы искусственного охлаждения

Рекомендуемый библиографический список

ОСТАЛЬНЫЕ ЛЕКЦИИ БУДУТ ДОБАВЛЕНЫ ПОСЛЕ СООТВЕТСТВУЮЩИХ ЗАНЯТИЙ!

1. Дибров И.А. Неорганическая химия. СПб.: Изд. «Лань», 2001*.

2. Дибров И.А. Химия промышленных взрывчатых веществ. Учебное пособие. Л., Изд. Горного института, 1989 ^*.

3. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1987 *.

4. Липин А.Б., Девяткин П.Н. Расчеты кислородных балансов и тепловых эффектов химических реакций. Метод. указания и контрольные задания. Изд. СПГГИ (ТУ), 2003 ^*.

5. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1998.

6. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. СПб.: Химия, 1995.

7. Дубнов А.В., Бахаревич Н.С. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988.

8. Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. М.: Машиностроение, 1972.

9. Горст А.Г. Химия и технология промышленных взрывчатых веществ. М.: Оборониздат, 1957.

10. Акопян А.А. Химическая термодинамика. М.: Высшая школа, 1963.

11. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. М.: Оборонгиз, 1960.

12. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. К.П.Мищенко А.А. Равделя. Л.: Химия, 1999 ^*.

* Имеются в наличии в библиотеке СПГГИ (ТУ).

Из физики известно, что понятия «холод» и «теплота» условны, так как их физическая природа одинакова. Теплота — это часть внутренней энергии, связанная с температурой; часть теплоты может быть преобразована в другие виды энергии. Передача энергии в форме теплоты может происходить лишь при наличии разности температур.

Вещества находятся в одном из трех (основных) фазовых (агрегатных) состояний — твердом, жидком или газообразном — в зависимости от окружающих условий (давления и температуры) и могут переходить из одного состояния в другое при подводе или отводе теплоты, вызывающей изменение строения вещества.

Твердая фаза — агрегатное состояние вещества, характеризуемое жесткой молекулярной структурой. Твердое тело сохраняет свою форму и размеры, практически не сжимается.

Жидкая фаза — агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы твердого тела, не так плотно соединены друг с другом. Это позволяет им более легко преодолевать силы взаимного притяжения. Жидкость практически не сжимается, сохраняет свой объем. Наиболее характерная особенность жидкости — текучесть, благодаря которой она принимает форму сосуда, в котором находится. Газовая или паровая фаза — агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы жидкости, не связаны силами взаимного притяжения и движутся свободно. Газ легко сжимается и заполняет весь объем сосуда, в котором находится.

В парокомпрессионных холодильных машинах рабочее вещество обычно переходит из жидкого в парообразное состояние и наоборот, в отличие от так называемых газовых холодильных машин, в которых рабочее вещество — газ — не меняет своего агрегатного состояния.

Если температура вещества выше температуры окружающей среды (воздуха, воды и пр.), то его называют горячим (теплым или нагретым). Самопроизвольное понижение температуры вещества до температуры, окружающей среды называют естественным охлаждением.

Понижение температуры вещества ниже температуры окружающей среды возможно путем искусственного охлаждения, а само вещество, температура которого ниже температуры окружающей среды, называют холодным.

Таким образом, исходя из относительности понятий холода и теплоты, можно дать следующее определение: холод – это теплота, отводимая от вещества, температура которого ниже температуры окружающей среды.

По температурному уровню различают области (рис. 1): умеренного холода — от температуры окружающей среды (условно 20°С) до —120°С — и глубокого холода – от -120°С до абсолютного нуля (-273,15°С).

(абсолютный нуль)

153,15

273,15 – температура замерзания воды

373,15 – температура кипения воды при атмосферном давлении

295,15 – условная температура окружающей среды

К

Рис. 1. Области искусственного охлаждения

Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами:

с помощью другого вещества с более низкой температурой за счет отвода теплоты, чаще всего при изменении его агрегатного состояния;

с помощью охлаждающих устройств, холодильных машин и установок, которые составляют специализированную область техники, называемую холодильной техникой.

Прежде чем перейти к более подробному рассмотрению способов искусственного охлаждения, остановимся еще на некоторых понятиях и определениях, без усвоения которых невозможно изучение основ холодильной техники.

Количество теплоты Q измеряют в джоулях (Дж) или килоджоулях (кДж).

Тепловой поток, тоже Q,— это количество теплоты, отводимое (подводимое) от вещества (к веществу) в 1 с. Следовательно, тепловой поток выражают в джоулях в секунду (Дж/с) или в килоджоулях в секунду (кДж/с). Но 1 Дж/с=1 Вт, а 1 кДж/с=1 кВт, т. е. тепловой поток как один из видов энергии выражают в тех же единицах, что и мощность.

Удельная теплоемкость с — это количество теплоты в Дж (кДж), которое необходимо отвести (подвести) от вещества (к веществу) массой 1 кг, чтобы понизить (повысить) его температуру на 1 °С (или 1 К — кельвин). Эта величина зависит от температуры вещества и его агрегатного состояния. В практических расчетах можно принимать следующие значения удельной теплоемкости: для воды — 4,19 кДж/(кг×К), глицерина — 2,26, водного льда — 2,095, стали — 0,425, воздуха при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) - 1 кДж/(кг×К).

При отводе (подводе) теплоты переход через определенный температурный предел вызывает изменение агрегатного состояния.

Так, при дальнейшем отводе теплоты от воды, когда ее температура уже снизилась до 0 °С, она замерзает, а при дальнейшем подводе теплоты, когда температура поднялась до 100 °С, вода закипает.

Обычно теплоту, вызывающую изменение только температуры (без изменения агрегатного состояния) называют «сухой» или «явной». Ее количество, необходимое для понижения (повышения) температуры вещества массой М от начальной температуры t₁ до конечной t₂, определяют по формуле:

Дата добавления: 2014-01-04